JP6306294B2

JP6306294B2 - 回生ブレーキ装置

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Publication number: JP6306294B2
Application number: JP2013137261A
Authority: JP
Inventors: 和樹藤本; 央朗渡邊
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015012727A

Description

本発明は、交流電動機の回転速度を回生ブレーキによって減速させる際に発生する回生電力をブレーキ抵抗部で消費する、回生ブレーキ装置に関するものである。

鉄道車両等が回生ブレーキによって減速する際に、電力変換装置を通じて発生した回生電力をブレーキ抵抗器で消費する回生ブレーキ装置が知られている。

図３は、従来の回生ブレーキ装置１１１の構成例を示すブロック図である。回生ブレーキ装置１１１は、２つのブレーキ抵抗器１０２，１０３を有するブレーキ抵抗部１１３と、２つのブレーキスイッチング部（ブレーキチョッパ回路）１０４，１０５と、フィルタコンデンサ１２とを備える。

ブレーキ抵抗器１０２，１０３はそれぞれ、電線１０８，１１０を介して基準電位点（アース）３０に接続される。また、ブレーキ抵抗器１０２，１０３はそれぞれ、電線１０７，１０９を介してブレーキスイッチング部１０４，１０５に接続される。ブレーキ抵抗器１０２，１０３は、ブレーキスイッチング部１０４，１０５のスイッチングによって電流が流れる際に、電力を消費する。ここで示す例では、ブレーキ抵抗器１０２，１０３は、流れる電流が同一方向になるように、配置されている。

ブレーキスイッチング部１０４，１０５は、電力変換装置（インバータ）６の直流側端子に接続される。また上述したように、ブレーキスイッチング部１０４，１０５はそれぞれ、ブレーキ抵抗器１０２，１０３に接続される。ブレーキスイッチング部１０４，１０５はそれぞれ、ブレーキ抵抗器１０２，１０３の通流率を制御するフィルタコンデンサ１２の電圧と、図示しないスイッチング制御部からの信号とに基づいて、ブレーキ抵抗器１０２，１０３の導通状態を制御する。スイッチング制御部は、ブレーキスイッチング部１０４，１０５を、それぞれ交互に点弧させる。

電力変換装置６は、直流電源１と交流電動機２０とに接続される。電力変換装置６は、直流電力を交流電力に変換し、交流電動機２０を駆動する。

このような回生ブレーキ装置１１１を動作させると、ブレーキスイッチング部１０４，１０５による電流の高調波成分が発生して、車両機器に誘導障害を与えることがある。そこで、特許文献１では、複数並列させたブレーキスイッチング部において、キャリア三角波の位相又は周波数を変化させ、高調波成分を低減させる方法を提案している。この方法によれば、ブレーキスイッチング部それぞれのスイッチングにより発生する高調波成分が互いに打ち消し合うことにより、回生ブレーキ装置で発生する電流の高調波成分を低減させることができる。

特開２００９−２１９２０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、回生ブレーキ装置で発生する高調波成分を低減させることができるものの、電磁ノイズを更に低減させるために、回生ブレーキ装置に対して磁気遮蔽構造を設けたり、ブレーキ抵抗器に高調波電流を抑制するリアクトルを挿入したりする等の誘導障害対策を施すことが依然として必要であった。

本発明は、上述した問題点を解決するものであって、リアクトル等の特別なノイズ対応部品を設けることなく電磁ノイズを低減させた回生ブレーキ装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る回生ブレーキ装置は、回生ブレーキ時に発生する回生電力を消費する複数のブレーキ抵抗器と、前記ブレーキ抵抗器に直列接続され、前記ブレーキ抵抗器の導通状態を制御するブレーキスイッチング部と、を備え、前記ブレーキ抵抗器の少なくとも２つは、互いに隣接し、かつ、流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように配置され、前記ブレーキスイッチング部によって、同時に電流が流れるように制御されることを特徴とする。

ここで、本発明に係る回生ブレーキ装置は、前記ブレーキ抵抗器の少なくとも２つは、接続される電線の少なくとも一部が互いに密着し又は撚り合わせられており、かつ、前記密着し又は撚り合わせられている部分に流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように配置されている。

さらに、本発明に係る回生ブレーキ装置は、前記ブレーキ抵抗器は基準電位点に接続されており、前記ブレーキ抵抗器の少なくとも２つは、前記基準電位点との間の配線の少なくとも一部を一本の電線で共用することが好ましい。

本発明に係る回生ブレーキ装置によれば、リアクトル等の特別なノイズ対応部品を設けることなく電磁ノイズを低減させることができる。

本発明に係る回生ブレーキ装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。本発明に係る回生ブレーキ装置の第２の実施形態の構成例を示すブロック図である。従来の回生ブレーキ装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る回生ブレーキ装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。図１の回生ブレーキ装置１１は、２つの（一組の）ブレーキ抵抗器２，３を有するブレーキ抵抗部１３と、２つのブレーキスイッチング部４，５と、フィルタコンデンサ１２とを備える。

ブレーキ抵抗器２，３はそれぞれ、電線８，１０を介して基準電位点３０に接続される。また、ブレーキ抵抗器２，３はそれぞれ、電線７，９を介してブレーキスイッチング部４，５に接続される。ブレーキ抵抗器２，３は、ブレーキスイッチング部４，５のスイッチングによって当該ブレーキ抵抗器２，３に電流が流れる際に、電力を消費する。

そして、図１に示すように、ブレーキ抵抗器２とブレーキ抵抗器３とは互いに平行に隣接している。ブレーキ抵抗器２の中心軸とブレーキ抵抗器３の中心軸との距離は、架線の電圧等によって異なるが、例えば５０ｍｍである。

また、図１に太い矢印で示すように、ブレーキ抵抗器２，３は、ブレーキ抵抗器２に流れる電流の向きと、ブレーキ抵抗器３に流れる電流の向きとが互いに逆向きになるように配置されている。なお、これらの電流の向きは、完全に逆向きとすることがより好ましい。

ブレーキスイッチング部４，５は、電力変換装置６の直流側端子に接続される。また上述したように、ブレーキスイッチング部４，５はそれぞれ、ブレーキ抵抗器２，３に接続される。ブレーキスイッチング部４，５はそれぞれ、ブレーキ抵抗器２，３の通流率を制御するフィルタコンデンサ１２の電圧と、図示しないスイッチング制御部からの信号とに基づいて、ブレーキ抵抗器２，３の導通状態を制御する。

なお、電力変換装置６及びフィルタコンデンサ１２の構成は、上述した図３の電力変換装置６及びフィルタコンデンサ１２の構成と同様である。

そして、スイッチング制御部は、ブレーキ抵抗器２とブレーキ抵抗器３とに実質的に同時に電流が流れるように、信号をブレーキスイッチング部４，５へ伝達する。すなわち、電力変換装置６が回生運転をしている際に、ブレーキスイッチング部４とブレーキスイッチング部５とは実質的に同時に点弧する。

一般に回生ブレーキ装置のブレーキ抵抗器は、導体が空中に暴露しているため、大きな磁界を発生する。これに対し、この実施形態の回生ブレーキ装置１１では、動作時に、ブレーキ抵抗器２とブレーキ抵抗器３とには、互いに逆向きの電流が実質的に同時に流れる。そのため、ブレーキ抵抗器２に発生する磁界と、ブレーキ抵抗器３に発生する磁界とが定常的に相殺される。その結果、回生ブレーキ装置１１で発生する電磁ノイズを定常的に低減させることができる。そのため、従来の回生ブレーキ装置に比して、誘導障害対策や磁気遮蔽構造を簡略化することができる。

また、この実施形態の回生ブレーキ装置１１のスイッチング制御部で行っている制御は、比較的単純なものであり、リアクトル等の特別なノイズ対応部品を必要としない。そのため、この実施形態の回生ブレーキ装置１１は、比較的低コストで製造することができる。

さらに本実施形態では、ブレーキ抵抗器２に接続される電線７の一部と、ブレーキ抵抗器３に接続される電線１０の一部とが互いに隣接（かつ密着）している。より詳細には、電線７及び電線１０は絶縁体で被覆されて、縒り合わせられている。そして、図１に細い矢印で示すように、隣接する部分の一方の電線７に流れる電流の向きと、隣接する部分の他方の電線１０に流れる電流の向きとが互いに逆向きとなるように配置されている。なお、これらの電流の向きは、完全に逆向きとすることがより好ましい。

そして、ブレーキ抵抗器２に接続される電線８の一部と、ブレーキ抵抗器３に接続される電線９の一部とについても同様に、絶縁体で被覆されて縒り合わせられて、互いに隣接（かつ密着）している。そして、隣接する部分の一方の電線８に流れる電流の向きと、隣接する部分の他方の電線９に流れる電流の向きとが互いに逆向きとなるように配置されている。

以上のような電線の配置によって、回生ブレーキ装置１１を動作させると、ブレーキ抵抗器２に接続される電線７の一部と、ブレーキ抵抗器３に接続される電線１０の一部、及び、ブレーキ抵抗器２に接続される電線８の一部と、ブレーキ抵抗器３に接続される電線９の一部にはそれぞれ、互いに逆向きの電流が実質的に同時に流れる。そのため、電線７に発生する磁界と電線１０に発生する磁界とが定常的に相殺され、また、電線８に発生する磁界と電線９に発生する磁界とが定常的に相殺される。その結果、回生ブレーキ装置１１で発生する電磁ノイズを定常的に一層低減させることができる。

［第２の実施形態］
図２は、本発明に係る回生ブレーキ装置の第２の実施形態の構成例を示すブロック図である。この実施形態の回生ブレーキ装置２１は、ブレーキ抵抗器２と基準電位点３０との間の電線と、ブレーキ抵抗器３と基準電位点３０との間の電線とを、短絡させて一本の電線２２で共用している点を除いて、図１に示す回生ブレーキ装置１１と同じである。そのため、ブレーキ抵抗器及びブレーキ抵抗器に接続される電線に流れる電流の大きさや向きは、回生ブレーキ装置１１と同様である。

回生ブレーキ装置２１でも、電線７及び９に発生する磁界と、電線２２に発生する磁界とを定常的に相殺させることができ、回生ブレーキ装置２１で発生する電磁ノイズを定常的に低減させることができる。

また回生ブレーキ装置２１では、ブレーキ抵抗器２，３と基準電位点３０との間の電線を共用しているため、回生ブレーキ装置１１よりも配線の本数を削減させることができる。

ここで、上述した回生ブレーキ装置１１又は２１において、ブレーキ抵抗器２及び３を絶縁体で被覆した上で互いに密着させて配置することが、ブレーキ抵抗器２及び３で発生する磁界をより完全に相殺させて、回生ブレーキ装置１１又は２１で発生する電磁ノイズをより一層低減させる観点から好ましい。

また、上述した回生ブレーキ装置１１又は２１において、ブレーキ抵抗器２に流れる電流の大きさと、ブレーキ抵抗器３に流れる電流の大きさとを実質的に等しくすることが、ブレーキ抵抗器２，３で発生する磁界をより完全に相殺させて、回生ブレーキ装置１１又は２１で発生する電磁ノイズをより一層低減させる観点から好ましい。

なお、上述した回生ブレーキ装置１１又は２１では、ブレーキ抵抗器を２つ（一組）設けているが、ブレーキ抵抗器を複数組設けて、各組のブレーキ抵抗器それぞれで発生する磁界を相殺させるように構成することもできる。

本発明の回生ブレーキ装置は、鉄道車両に用いることが好適である。特に車両機器に誘導障害を与えるおそれが大きくなる、車両の下部に取り付けられる場合に用いることが好適である。

１直流電源
２，３ブレーキ抵抗器
４，５ブレーキスイッチング部
６電力変換装置
７，８，９，１０，２２電線
１１，２１回生ブレーキ装置
１２フィルタコンデンサ
１３ブレーキ抵抗部
２０交流電動機
３０基準電位点

Claims

回生ブレーキ時に発生する回生電力を消費する２つのブレーキ抵抗器と、
前記２つのブレーキ抵抗器に直列接続され、前記ブレーキ抵抗器の導通状態を制御するブレーキスイッチング部と、を備え、
前記２つのブレーキ抵抗器は、互いに隣接し、かつ、流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように配置され、前記ブレーキスイッチング部によって、同時に電流が流れるように制御され、
前記２つのブレーキ抵抗器は、接続される電線の少なくとも一部が互いに密着し又は撚り合わせられており、かつ、前記密着し又は撚り合わせられている部分に流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように配置され、
前記２つのブレーキ抵抗器は１つの結点に接続されており、該結点と基準電位点との間は一本の電線で共用され短絡されていることを特徴とする回生ブレーキ装置。